專利名稱：自適應(yīng)濾波裝置以及自適應(yīng)濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噪聲和回聲消除裝置以及一種噪聲和回聲消除方法，特別是涉及一種采用自適應(yīng)濾波器來消除噪聲和回聲的自適應(yīng)濾波裝置以及自適應(yīng)濾波方法。
背景技術(shù)：
噪聲和回聲消除都是信號處理中面臨的重要問題，關(guān)于這兩個(gè)問題在信號處理剛剛出現(xiàn)時(shí)就有人研究，在現(xiàn)在還是研究的熱點(diǎn)之一。
通常，在語音傳輸和處理中，噪聲和回聲主要通過以下兩種情況而產(chǎn)生。
引入噪聲的情況存在兩個(gè)相鄰的語音源和噪聲源，并且采用麥克風(fēng)A和麥克風(fēng)B對語音源進(jìn)行錄制時(shí)，假設(shè)麥克風(fēng)A離語音源近而離噪聲源遠(yuǎn)，麥克風(fēng)B離噪聲源近而離語音源遠(yuǎn)。這時(shí)，可以通過麥克風(fēng)A和B錄制到一個(gè)雙聲道的語音信號。但是，由于噪聲源的存在，麥克風(fēng)A和B都會錄制到噪聲，從而導(dǎo)致音質(zhì)變差。當(dāng)然以上只是以兩個(gè)相鄰的語音源和噪聲源為例，實(shí)際上，還存在多種語音源和噪聲源共存的情況，這時(shí)，噪聲對語音的影響將變得更嚴(yán)重。
引入回聲的情況回音是實(shí)時(shí)電話會議系統(tǒng)中常面臨的問題。本地說話人A的語音在經(jīng)過一定的延遲之后，被遠(yuǎn)端的接收器所接收，并且通過遠(yuǎn)端的音箱播放出來。同時(shí)，遠(yuǎn)端有一個(gè)說話人B試圖與說話人A交談，其語音連同音箱所播放的說話人A的語音一起被錄制與傳輸，在本地被接收。這樣說話人A在聽到說話人B的語音時(shí)，同時(shí)聽到自己的聲音在經(jīng)過一定的延遲之后被傳送回來，這種現(xiàn)象被稱為回聲現(xiàn)象。當(dāng)回聲嚴(yán)重時(shí)，會使得實(shí)時(shí)電話會議的效果很差，甚至可能導(dǎo)致雙方無法正常開展會議。
因此，在語音處理中的一個(gè)很重要的課題就是要減小或者消除引入的噪聲和回聲。
通常上述引入的噪聲和回聲，可以通過自適應(yīng)濾波器來減小或者消除。
對于減小或者消除噪聲的情況，如圖1所示，假設(shè)將麥克風(fēng)A所錄制的聲音所在信道稱為信道A，其中信道A中的信號為帶噪語音，而將麥克風(fēng)B所錄制的聲音所在的信道稱為信道B，該信道B中的信號為參考噪聲。
一種使用自適應(yīng)濾波器減小噪聲干擾的方法是首先，自適應(yīng)濾波器11，利用信道B中的參考噪聲估計(jì)出帶噪語音中的噪聲；然后，利用減法器12，從信道A中的帶噪語音中減去自適應(yīng)濾波器11所估計(jì)出的噪聲從而獲得干凈的語音，并且將干凈語音作為反饋信號提供到自適應(yīng)濾波器11。這樣，可以提高帶噪語音的信噪比。
對于減小或者消除回聲的情況，將參考圖2進(jìn)行說明。
為了反映實(shí)時(shí)電話會議中的真實(shí)語音狀況，這里同時(shí)考慮了本地的語音信號源(說話人A所發(fā)出的聲音)和噪聲源，遠(yuǎn)端說話人的語音信號以及回聲信號(經(jīng)過音箱播放后的遠(yuǎn)端說話人的語音信號)。
為了減小或者消除回聲對說話人A的聲音的影響，可以使用自適應(yīng)濾波器21進(jìn)行處理，其方法如下首先，通過自適應(yīng)濾波器21，利用音箱所發(fā)出的聲音所在信道的遠(yuǎn)端說話人的語音信號，估計(jì)出說話人A的語音中可能包含的回聲；通過減法器22，從包含回聲信號、說話人A的聲音以及噪聲的信號中減去自適應(yīng)濾波器21所估計(jì)出的回聲，獲得消除回聲的語音信號(帶有噪聲)，并且將該消除回聲后的語音信號作為反饋信號提供到自適應(yīng)濾波器21。這樣，可以減小或者消除回聲對實(shí)時(shí)電話會議的影響。
現(xiàn)有常用的自適應(yīng)濾波算法通常包括最小均方誤差(Least Mean Square，LMS)算法和遞歸最小方差(Recursive Least Square，RLS)算法。假設(shè)自適應(yīng)濾波器的階數(shù)為N，LMS算法的運(yùn)算量為O(N)，而RLS算法的運(yùn)算量為O(N*N)。因?yàn)長MS算法的運(yùn)算量和對內(nèi)存的需求量都很小，成為在DSP中廣泛運(yùn)用的一種算法。LMS算法中最常使用的是NLMS算法(歸一化最小均方誤差)，NLMS算法又包括時(shí)域NLMS、子帶NLMS和頻域NLMS。
如圖3所示，LMS自適應(yīng)濾波算法有兩路輸入X信號與Y信號。其中X信號為參考噪聲和/或遠(yuǎn)端說話人的語音信號，而Y信號為帶有噪聲和/或回聲的語音信號。在LMS自適應(yīng)濾波算法中，自適應(yīng)濾波的目的是為了在自適應(yīng)濾波器31中找到一組濾波器，使得式(1)有最小的能量值，即指E[n]的平方的平均值最小，其中，E[n]為帶噪信號和估計(jì)噪聲之間的差，也是實(shí)際輸出信號。
E[n]=Y[n]-Σi=0N-1wi*X[n-i]---(1)]]>式(1)中，Y[n]表示帶噪信號在第n時(shí)刻的值，X[n-i]表示帶噪信號在第(n-i)時(shí)刻的值，Wi表示自適應(yīng)濾波器的第i階系數(shù)，N表示自適應(yīng)濾波器的階數(shù)。
但是，上述的圖1和圖2中所示的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是1.只有一個(gè)自適應(yīng)濾波器和一個(gè)參考聲源，不能同時(shí)解決噪聲和回聲消除的問題，要同時(shí)消除噪聲和回聲，就需要兩個(gè)自適應(yīng)濾波器和兩個(gè)參考聲源，而且往往回聲消除濾波器的階數(shù)比噪聲消除濾波器的階數(shù)高；2.如果進(jìn)行自適應(yīng)濾波器的串聯(lián)，把回聲消除濾波器放在噪聲消除濾波器前面，那么很有可能造成由于參考噪聲中含有回聲，最后的輸出結(jié)果中又類似混響的回聲現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)濾波裝置以及自適應(yīng)濾波方法，其可以有效的減少或者消除語音信號中的噪聲和回聲。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種自適應(yīng)濾波裝置，其包括第一自適應(yīng)濾波器，用于根據(jù)參考噪聲估計(jì)出該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的噪聲；第一減法器，用于從包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中減去第一自適應(yīng)濾波器所估計(jì)出來的噪聲，獲得并輸出消除噪聲后的語音信號，同時(shí)將該消除噪聲后的語音信號作為反饋信號反饋到第一自適應(yīng)濾波器；第二自適應(yīng)濾波器，用于根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號估計(jì)出該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的回聲；以及第二減法器，用于從來自第一減法器的消除噪聲后的語音信號中減去由自適應(yīng)濾波器所估計(jì)出的回聲，獲得并輸出干凈的語音信號，同時(shí)將該干凈的語音信號作為反饋信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器。
其中，第一減法器和第二減法器分別具有數(shù)目相同的多個(gè)減法器，并且該自適應(yīng)濾波裝置進(jìn)一步包括第一PQMF分析濾波器組，具有與第一減法器中的減法器數(shù)目相同的PQMF分析濾波器，用于在包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號進(jìn)入第一減法器之前，將其分成與PQMF分析濾波器數(shù)目對應(yīng)的子帶，并分別對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第一減法器中；第二PQMF分析濾波器組，具有與第一減法器中的減法器數(shù)目相同的PQMF分析濾波器，用于在參考噪聲進(jìn)入第一自適應(yīng)濾波器之前，將參考噪聲分成與其PQMF分析濾波器數(shù)目對應(yīng)的多個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第一自適應(yīng)濾波器中，第一減法器的各個(gè)減法器從該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號的各個(gè)子帶中減去第一自適應(yīng)濾波器估計(jì)出的對應(yīng)子帶的噪聲，獲得各個(gè)子帶的消除噪聲后的語音信號；第三PQMF分析濾波器組，具有與上述第二減法器中的減法器數(shù)目相同的PQMF分析濾波器，用于在遠(yuǎn)端說話人的語音信號進(jìn)入第二自適應(yīng)濾波器之前，將其分成與第二減法器中的減法器數(shù)目對應(yīng)的多個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第二自適應(yīng)濾波器中，第二減法器的各個(gè)減法器從該來自第一減法器的語音信號的各個(gè)子帶中減去第二自適應(yīng)濾波器估計(jì)出的對應(yīng)子帶的回聲，獲得各個(gè)子帶消除噪聲和回聲后的純凈語音信號；以及PQMF合成濾波器，用于將第二減法器輸出各個(gè)子帶語音信號進(jìn)行合成，輸出純凈的語音信號。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種采用上述自適應(yīng)濾波裝置的自適應(yīng)濾波方法，包括以下步驟步驟一、利用第一自適應(yīng)濾波器根據(jù)參考噪聲估計(jì)出包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的噪聲，和利用第二自適應(yīng)濾波器根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號估計(jì)出包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中回聲；
步驟二、分別更新第一自適應(yīng)濾波器和第二自適應(yīng)濾波器的歸一化步長；步驟三、利用第一減法器從包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中減去步驟一中估計(jì)出的噪聲，獲得消除噪聲后的語音信號，同時(shí)將該消除噪聲后的語音信號反饋到第一自適應(yīng)濾波器，第一自適應(yīng)濾波器根據(jù)其更新后的歸一化步長和反饋信號更新系數(shù)；以及步驟四、利用第二減法器從上述消除噪聲后的語音信號中減去步驟一中估計(jì)出的回聲，進(jìn)而獲得干凈的語音信號，同時(shí)將該干凈的語音信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器，第二自適應(yīng)濾波器根據(jù)其更新后的歸一化步長和反饋信號更新系數(shù)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波裝置和自適應(yīng)濾波方法可以同時(shí)消除噪聲和回聲，從而輸出純凈的語音信號，并且，消除了類似混響的回聲現(xiàn)象。因此，可以很大程度上提高語音質(zhì)量，適合于各種語音會話環(huán)境特別是實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程會議中使用。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中使用自適應(yīng)濾波器減小或者消除噪聲的一種結(jié)構(gòu)圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)中使用自適應(yīng)濾波器減小或者消除回聲的一種結(jié)構(gòu)圖。
圖3是在LMS自適應(yīng)濾波算法中采用自適應(yīng)濾波器的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明使用自適應(yīng)濾波器來消除噪聲和回聲的自適應(yīng)濾波裝置的簡化結(jié)構(gòu)圖。
圖5為說明圖4中的自適應(yīng)濾波裝置的操作過程圖。
圖6是本發(fā)明使用子帶自適應(yīng)濾波來消除噪聲和回聲的自適應(yīng)濾波裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖4是本發(fā)明使用自適應(yīng)濾波器來消除噪聲和回聲的自適應(yīng)濾波裝置的簡化結(jié)構(gòu)圖。該自適應(yīng)濾波裝置應(yīng)用于諸如實(shí)時(shí)電話會議之類的情況中。
在圖4中，該自適應(yīng)濾波裝置包括第一自適應(yīng)濾波器W1、第一減法器41、第二自適應(yīng)濾波器W2以及第二減法器42。
其中，第一自適應(yīng)濾波器W1用于根據(jù)來自外部的參考噪聲N進(jìn)行估計(jì)而獲得語音信號S1(包括噪聲、本地說話人的語音信號S以及回聲，該回聲是遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2經(jīng)過播放后的聲音)中的噪聲，第一減法器41用于從語音信號S1中減去第一自適應(yīng)濾波器W1輸出的噪聲，獲得消除噪聲后的語音信號S3。
第二自適應(yīng)濾波器W2用于根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2進(jìn)行估計(jì)，獲得語音信號S1中的回聲。第二減法器42從來自第一減法器41的語音信號S3中減去由自適應(yīng)濾波器W2所估計(jì)出的回聲，進(jìn)而獲得干凈的語音信號S4。
具體地，在圖4中，遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2在經(jīng)過本地的揚(yáng)聲器播放之后在本地環(huán)境中被傳播，由此產(chǎn)生回聲。本地有兩個(gè)麥克風(fēng)，其中一個(gè)麥克風(fēng)A離本地說話人較近，另一個(gè)麥克風(fēng)B離背景音源較近。在放置麥克風(fēng)時(shí)，麥克風(fēng)A最好能夠離本地說話人盡量近，麥克風(fēng)B離本地說話人遠(yuǎn)而盡量離背景音源近。麥克風(fēng)A在錄制本地說話人的語音信號S的同時(shí)也錄入經(jīng)過噪聲傳播路徑NW的參考噪聲N、回聲，成為一個(gè)具有噪聲和回聲的語音信號S1。麥克風(fēng)B錄入背景噪聲，形成參考噪聲N。因?yàn)辂溈孙L(fēng)B離背景噪聲源近，噪聲先到達(dá)麥克風(fēng)B，然后達(dá)到麥克風(fēng)A，所以語音信號S1中的噪聲不僅比參考噪聲N中的噪聲有延遲，而且在強(qiáng)度上有所減弱。
第一自適應(yīng)濾波器W1根據(jù)參考噪聲N進(jìn)行估計(jì)，其目的是估計(jì)出噪聲傳播路徑NW，從而估計(jì)出語音信號S1中的噪聲。通過第一減法器41在語音信號S1中減去第一自適應(yīng)濾波器W1此估計(jì)出的估計(jì)噪聲之后成為去除噪聲后的語音信號S3。第二自適應(yīng)濾波器W2根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2進(jìn)行估計(jì)，其目的是為了對回聲傳播路徑AW進(jìn)行估計(jì)，從而估計(jì)語音信號S3中所含有的回聲。通過第二減法器42在語音信號S3中減去估計(jì)出的回聲之后，成為去除噪音和回聲之后的語音信號S4。語音信號S4為對本地說話人語音S的估計(jì)值，可以視為純凈的語音信號。
如圖5所示，其中說明了圖4的自適應(yīng)濾波裝置的操作過程。在本發(fā)明中，采用了一種改進(jìn)的時(shí)域NLMS算法，其中，第一自適應(yīng)濾波器W1和第二自適應(yīng)濾波器W2的階數(shù)分別設(shè)置為N1和N2，N1可以設(shè)置在32-256之間，而N2可以設(shè)置在512-4096之間。
步驟1，將第一自適應(yīng)濾波器W1和第二自適應(yīng)濾波器W2進(jìn)行初始化；
步驟2，對于第n時(shí)刻的輸入，進(jìn)行第一自適應(yīng)濾波器W1的濾波操作，也就是根據(jù)式(2)計(jì)算出第n時(shí)刻的參考噪聲N[n]濾波結(jié)果，ew1[n]=Σi=0N1-1W1[n][i]*N[n-i]---(2)]]>式(2)表示第一自適應(yīng)濾波器W1根據(jù)參考噪聲N[n]進(jìn)行估計(jì)后，得到帶噪信號S1[n]中的噪聲的估計(jì)值ew1[n]，其中W1[n][i]表示第一自適應(yīng)濾波器W1在第n時(shí)刻的第i階系數(shù)。式(3)表示從該時(shí)刻的帶噪信號S1[n]中減去估計(jì)出的噪聲估計(jì)值ew1[n]后，得到去噪聲之后的信號S3[n]。
S3[n]＝S1[n]-ew1[n](3)步驟3，使用式(4)計(jì)算更新第一自適應(yīng)濾波器W1的歸一化步長， 式(4)計(jì)算第一自適應(yīng)濾波器系數(shù)更新的步長， 為S1(n)短時(shí)能量的估計(jì)值。
其中，0＜ε＜2，δ為一個(gè)正數(shù)值，通常與ε為同一個(gè)數(shù)量級，并且， 或者， (5)、(6)計(jì)算 表示 在上一時(shí)刻(第n-1時(shí)刻)的值。
β為0-1之間的常數(shù)，一般來說β=1.0N1.]]>步驟4，根據(jù)步驟3中獲得的第一自適應(yīng)濾波器W1的更新步長以及反饋的去除噪聲之后的信號S3[n]，利用式(7)更新第一自適應(yīng)濾波器W1的系數(shù)，
W1[n+1][k]＝W1[n][k]+ε[n]S3[n]N[n-k] (7)其中，0＜k＜N1，ε[n]為計(jì)算出來的更新步長，N[n-k]為參考噪聲第(n-k)時(shí)刻的樣值。W1[n][k]為第一自適應(yīng)濾波器W1在第n時(shí)刻的第k階系數(shù)，W1[n+1][k]為第一自適應(yīng)濾波器W1在第(n+1)時(shí)刻的第k階系數(shù)。
步驟5，第二自適應(yīng)濾波器W2根據(jù)第n時(shí)刻輸入的遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2進(jìn)行估計(jì)，得到去除噪聲后的語音信號S3[n]中的回聲估計(jì)值ew2[n]，ew2[n]=Σi=0N1-1W2[n][i]*S2[n-i]---(8)]]>其中，W2[n][i]表示第二自適應(yīng)濾波器W2在第n時(shí)刻的第i階系數(shù)。
式(9)表示從該時(shí)刻的去除噪聲之后的信號S3[n]中減去估計(jì)出的噪聲估計(jì)值ew2[n]后，得到去除噪聲和回聲之后的信號S4[n]。
S4[n]＝S3[n]-ew2[n] (9)步驟6，根據(jù)步驟3中的式(4)、(5)、(6)計(jì)算第二自適應(yīng)濾波器W2的歸一化步長ε2(n)(用第n時(shí)刻去除噪音之后的語音信號S3[n]代替該時(shí)刻的S1[n]，N1替代為第二自適應(yīng)濾波器的階數(shù)N2)；步驟7，根據(jù)步驟6中獲得的第二自適應(yīng)濾波器W2的更新步長以及反饋的去除噪聲和回聲之后的信號S4[n]，利用式(10)更新第二自適應(yīng)濾波器W2的系數(shù)，W2[n+1][k]＝W2[n][k]+ε2[n]S4[n]S2[n-k](10)式(8)(9)(10)對應(yīng)式(2)(3)(7)，表示對遠(yuǎn)端說話人的語音信號進(jìn)行第二自適應(yīng)濾波W2的操作。
其中，0＜k＜N2。
步驟8，對于第(n+1)時(shí)刻，回到步驟2直到來自自適應(yīng)濾波裝置外部的語音信號輸入結(jié)束為止。
在圖5的處理過程中，對于該自適應(yīng)濾波裝置，可以采用子帶濾波的方式進(jìn)行處理。
子帶自適應(yīng)濾波可以通過減少自適應(yīng)濾波器的階數(shù)來減少計(jì)算量，可以加快自適應(yīng)濾波的收斂速度，因此在噪聲/回聲消除處理中經(jīng)常被使用。子帶自適應(yīng)濾波首先通過分析濾波器組把時(shí)域輸入分為多個(gè)子帶的信號，由于各個(gè)子帶的帶寬有限，可以進(jìn)行降采樣而減小數(shù)據(jù)率，同時(shí)自適應(yīng)濾波器的階數(shù)可以相應(yīng)減少。在對各個(gè)子帶進(jìn)行自適應(yīng)濾波之后，其輸出在進(jìn)行上采樣后經(jīng)過合成濾波器組合成最后的輸出信號。
其中，在分析濾波之后的降采樣經(jīng)常有兩類方法1，采用臨界采樣，即降采樣因子等于分析濾波器組的分析濾波器個(gè)數(shù)。方法2，采用過采樣方法，即降采樣因子小于分析濾波器組的分析濾波器個(gè)數(shù)，通常降采樣因子等于分析濾波器組的分析濾波器個(gè)數(shù)的一半，或者采用更小的值。其中方法2由于避免了各子帶由于降采樣帶來的混疊，避免了交叉項(xiàng)，有較簡單的結(jié)構(gòu)和較好的性能，因而在子帶自適應(yīng)濾波中有著較廣泛的應(yīng)用。
因此，本發(fā)明提出了基于方法2的子帶自適應(yīng)濾波方法的噪音和回聲消除方法。圖6是本發(fā)明使用子帶自適應(yīng)濾波來消除噪聲和回聲的自適應(yīng)濾波裝置的示意圖，其中第一自適應(yīng)濾波器W1和第二自適應(yīng)濾波器W2未表示出。通常，該第一自適應(yīng)濾波器W1和第二自適應(yīng)濾波器W2均可以同時(shí)對多個(gè)子帶進(jìn)行處理，也就是說，可以將其在圖4中的相應(yīng)處理視為其所進(jìn)行的一個(gè)子帶的處理。
在圖6中，該自適應(yīng)濾波裝置的結(jié)構(gòu)與圖4中的自適應(yīng)濾波裝置的大體結(jié)構(gòu)大致相同，不同之處在于以下幾點(diǎn)(1)在帶有噪聲和回聲的語音信號S1進(jìn)入第一減法器41之前，通過第一PQMF分析濾波器組61將語音信號S1分成m個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，分別將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第一減法器41中；(2)在參考噪聲N進(jìn)入第一自適應(yīng)濾波器W1之前，通過第二PQMF分析濾波器組62將參考噪聲N分成m個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，分別將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第一自適應(yīng)濾波器W1；(3)在遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2進(jìn)入第二自適應(yīng)濾波器W2之前，通過第三PQMF分析濾波器組63將遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2分成m個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，分別將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第二自適應(yīng)濾波器W2；以及(4)在第二減法器42之后，需要采用PQMF合成濾波器64將從第二減法器42輸出的去除噪聲和回聲后的m個(gè)子帶語音信號進(jìn)行合成，輸出純凈的語音信號S4。
另外，第一減法器41包括m個(gè)減法器，對語音信號S1的經(jīng)過降采樣處理后的各個(gè)子帶語音信號和來自第一自適應(yīng)濾波器W1的各個(gè)子帶的估計(jì)噪聲分別對應(yīng)地進(jìn)行減法運(yùn)算，即，從第i個(gè)子帶語音信號中減去對應(yīng)的第i個(gè)估計(jì)噪聲，從而去除第i個(gè)子帶語音信號中的噪聲(i∈
)。
同理，第二減法器42包括m個(gè)減法器，對經(jīng)過去除噪聲后的各個(gè)子帶語音信號和來自第二自適應(yīng)濾波器W2的各個(gè)子帶的估計(jì)回聲分別對應(yīng)地進(jìn)行減法運(yùn)算，即，從第i個(gè)去除噪聲后的子帶語音信號中減去對應(yīng)的第i個(gè)估計(jì)回聲，從而去除第i個(gè)子帶語音信號中的回聲(i∈
)。
上述自適應(yīng)濾波裝置的各個(gè)子帶的語音信號處理方式大致與圖5中相同，每個(gè)子帶(和對應(yīng)子帶)的語音信號處理均按照上述步驟2-7進(jìn)行。也就是，可以不考慮采用PQMF分析濾波器組61，62，63和PQMF合成濾波器64，而將每個(gè)子帶(和對應(yīng)子帶)的處理視為圖4和圖5中的一個(gè)完整的信號來處理。
如果上述的PQMF分析合成濾波器64采用MPEG1 LayerIII標(biāo)準(zhǔn)(ISO11172-3)中所使用的分析合成濾波器(共有32個(gè)子帶，降采樣因子為16)時(shí)，其信號處理主要包括(1)設(shè)定時(shí)域(全頻段)第一自適應(yīng)濾波器W1和第二自適應(yīng)濾波器W2的階數(shù)分別為Ln和Le，其中，Ln一般在32和512之間，Le一般在512和4096之間；(2)設(shè)定第一自適應(yīng)濾波器W1中的各個(gè)子帶噪聲消除濾波器的階數(shù)和第二自適應(yīng)濾波器W2中的各個(gè)子帶回聲消除濾波器的階數(shù)。第一自適應(yīng)濾波器W1中的各個(gè)子帶噪聲消除濾波器的階數(shù)為Ln/16+32，第二自適應(yīng)濾波器W2中的各個(gè)子帶回聲消除濾波器的階數(shù)為Le/16+32，對各個(gè)子帶噪聲/回聲消除濾波器的系數(shù)初始化為零；(3)對語音信號S1，參考噪聲N，遠(yuǎn)端說話人的語音信號S2進(jìn)行分析濾波，降采樣，得到各個(gè)子帶的信號S1i，Ni，S2i，0≤i＜32；(4)對各個(gè)子帶的信號S1i，Ni，S2i進(jìn)行上述步驟2到步驟7適應(yīng)濾波操作，其中，對各子帶噪聲消除濾波器進(jìn)行相應(yīng)于第一自適應(yīng)濾波器W1的處理，對各子帶回聲消除濾波器進(jìn)行相應(yīng)于第二自適應(yīng)濾波器W2的處理；(5)把各個(gè)子帶的濾波輸出進(jìn)行上采樣后經(jīng)過合成濾波器組后相加，最后得到純凈的語音信號S4。
綜上所述，本發(fā)明的自適應(yīng)濾波裝置和自適應(yīng)濾波方法可以同時(shí)消除噪聲和回聲，從而輸出純凈的語音信號，并且，消除了類似混響的回聲現(xiàn)象。因此，可以很大程度上提高語音質(zhì)量，適合于各種語音會話環(huán)境特別是實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程會議中使用。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)濾波裝置，用于消除包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的噪聲和回聲，其特征在于，包括第一自適應(yīng)濾波器，用于根據(jù)參考噪聲估計(jì)出該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的噪聲；第一減法器，用于從包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中減去第一自適應(yīng)濾波器所估計(jì)出來的噪聲，獲得并輸出消除噪聲后的語音信號，同時(shí)將該消除噪聲后的語音信號作為反饋信號反饋到第一自適應(yīng)濾波器；第二自適應(yīng)濾波器，用于根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號估計(jì)出該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的回聲；以及第二減法器，用于從來自第一減法器的消除噪聲后的語音信號中減去由自適應(yīng)濾波器所估計(jì)出的回聲，獲得并輸出干凈的語音信號，同時(shí)將該干凈的語音信號作為反饋信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)濾波裝置，其特征在于，第一自適應(yīng)濾波器估計(jì)出噪聲后更新歸一化步長，并根據(jù)其反饋信號和更新的歸一化步長更新系數(shù)；以及第二自適應(yīng)濾波器估計(jì)出回聲后更新歸一化步長，并根據(jù)其反饋信號和更新歸一化步長更新系數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)濾波裝置，其特征在于，第一減法器和第二減法器分別具有數(shù)目相同的多個(gè)減法器，并且該自適應(yīng)濾波裝置進(jìn)一步包括第一PQMF分析濾波器組，具有與第一減法器中的減法器數(shù)目相同的PQMF分析濾波器，用于在包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號進(jìn)入第一減法器之前，將其分成與PQMF分析濾波器數(shù)目對應(yīng)的子帶，并分別對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第一減法器中；第二PQMF分析濾波器組，具有與第一減法器中的減法器數(shù)目相同的PQMF分析濾波器，用于在參考噪聲進(jìn)入第一自適應(yīng)濾波器之前，將參考噪聲分成與其PQMF分析濾波器數(shù)目對應(yīng)的多個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第一自適應(yīng)濾波器中，第一減法器的各個(gè)減法器從該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號的各個(gè)子帶中減去第一自適應(yīng)濾波器估計(jì)出的對應(yīng)子帶的噪聲，獲得并輸出各個(gè)子帶的消除噪聲后的語音信號，同時(shí)將該各個(gè)子帶的消除噪聲后的語音信號分別作為反饋信號反饋到第一自適應(yīng)濾波器；第三PQMF分析濾波器組，具有與上述第二減法器中的減法器數(shù)目相同的PQMF分析濾波器，用于在遠(yuǎn)端說話人的語音信號進(jìn)入第二自適應(yīng)濾波器之前，將其分成與第二減法器中的減法器數(shù)目對應(yīng)的多個(gè)子帶，并對每個(gè)子帶進(jìn)行降采樣處理，然后，將降采樣處理后的每個(gè)子帶輸入到第二自適應(yīng)濾波器中，第二減法器的各個(gè)減法器從該來自第一減法器的語音信號的各個(gè)子帶中減去第二自適應(yīng)濾波器估計(jì)出的對應(yīng)子帶的回聲，獲得并輸出各個(gè)子帶消除噪聲和回聲后的純凈語音信號，同時(shí)將該各個(gè)子帶的消除噪聲和回聲后的純凈語音信號分別作為反饋信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器；以及PQMF合成濾波器，用于將第二減法器輸出各個(gè)子帶的純凈語音信號進(jìn)行合成，獲得本地說話人的純凈的語音信號。
4.如權(quán)利要求3所述的自適應(yīng)濾波裝置，其特征在于，第一自適應(yīng)濾波器估計(jì)出每個(gè)子帶的噪聲后更新歸一化步長，并根據(jù)其各個(gè)子帶的反饋信號和更新的歸一化步長更新系數(shù)；以及第二自適應(yīng)濾波器估計(jì)出每個(gè)子帶的回聲后更新歸一化步長，并根據(jù)其各個(gè)子帶的反饋信號和更新的歸一化步長更新系數(shù)。
5.一種如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)濾波裝置的自適應(yīng)濾波方法，包括以下步驟步驟一、利用第一自適應(yīng)濾波器根據(jù)參考噪聲估計(jì)出包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的噪聲，和利用第二自適應(yīng)濾波器根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號估計(jì)出包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中回聲；步驟二、分別更新第一自適應(yīng)濾波器和第二自適應(yīng)濾波器的歸一化步長；步驟三、利用第一減法器從包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中減去步驟一中估計(jì)出的噪聲，獲得消除噪聲后的語音信號，同時(shí)將該消除噪聲后的語音信號反饋到第一自適應(yīng)濾波器，第一自適應(yīng)濾波器根據(jù)其更新后的歸一化步長和反饋信號來更新系數(shù)；以及步驟四、利用第二減法器從上述消除噪聲后的語音信號中減去步驟一中估計(jì)出的回聲，進(jìn)而獲得干凈的語音信號，同時(shí)將該干凈的語音信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器，第二自適應(yīng)濾波器根據(jù)其更新后的歸一化步長和反饋信號來更新系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)濾波方法，其中，上述步驟二中的更新第一自適應(yīng)濾波器的步驟可在步驟三中在消除噪聲后的語音信號反饋到第一自適應(yīng)濾波器之前進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)濾波方法，其中，上述步驟二中的更新第二自適應(yīng)濾波器的步驟可在步驟四中在該干凈的語音信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器之前進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)濾波方法，其中，上述步驟二中的更新第二自適應(yīng)濾波器的步驟可在步驟四中在該干凈的語音信號反饋到第二自適應(yīng)濾波器之前進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求5至8任一項(xiàng)所述的自適應(yīng)濾波方法，其中，當(dāng)上述的參考噪聲，遠(yuǎn)端說話人的語音信號，以及包括噪聲、回聲和本地說話人的語音信號的語音信號為利用PQMF分析濾波器組分成的各自的經(jīng)過降采樣處理的子帶時(shí)，該方法進(jìn)一步包括步驟五、利用PQMF合成濾波器，將第二減法器輸出各個(gè)子帶的純凈語音信號進(jìn)行合成，獲得本地說話人的純凈的語音信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種自適應(yīng)濾波裝置以及自適應(yīng)濾波方法。其中，該自適應(yīng)濾波器包括第一自適應(yīng)濾波器，用于根據(jù)參考噪聲估計(jì)出該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的噪聲；第一減法器，用于從包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中減去第一自適應(yīng)濾波器所估計(jì)出來的噪聲，獲得并輸出消除噪聲后的語音信號；第二自適應(yīng)濾波器，用于根據(jù)遠(yuǎn)端說話人的語音信號估計(jì)出該包括噪聲、本地說話人的語音信號以及回聲的語音信號中的回聲；以及第二減法器，用于從來自第一減法器的消除噪聲后的語音信號中減去由自適應(yīng)濾波器所估計(jì)出的回聲，獲得并輸出干凈的語音信號。
文檔編號H04M3/56GK1719516SQ200510084210
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者林中松 申請人:北京中星微電子有限公司